铁磷和硼硅酸盐熔体对耐火材料的腐蚀性能

耐火材料的选择对放射性核废料的玻璃化过程是至关重要的 ,本文采用动态耐火材料腐蚀速度技术比较了铁磷模拟放射性核废料熔体和硼硅酸盐熔体DWPF的腐蚀性质 ,测量在10 0 0至 130 0℃之间进行。在铁磷熔体中 ,致密氧化铝和氧化铬耐火材料有最低的熔线腐蚀速度 ,二氧化硅、锆英石和AZS耐火材料的腐蚀速度比较高。同时 ,氧化铝和氧化铬耐火材料在铁磷熔体中的腐蚀速度小于它们在硼硅酸盐熔体DWPF中的腐蚀速度。对氧化铬耐火材料来说 ,其在三种含有模拟HLW废料的铁磷熔体中的熔线腐蚀速度小于 0 1mm day。按照DWPF熔化器的设计标准 ,Alumina和Zircon商品耐火材料可以用来熔化多种HLW废料。     

铁磷模拟HLW熔体的腐蚀性能

在铁磷模拟ＨＬＷ熔体和硼硅酸盐熔体ＤＷＰＦ内测量了六种耐火材料的动态腐蚀速度,测量在 １０００～１３００℃之间进行,在铁磷熔体中,致密氧化铝和氧化铬耐火材料有最低的熔线腐蚀速度,二氧化硅、锆英石和ＡＺＳ耐火材料的腐蚀速度比较高．同时,氧化铝和氧化铬耐火材料在铁磷熔体中的腐蚀速度小于它们在硼硅酸盐熔体ＤＷＰＦ中的腐蚀速度．对氧化铬耐火材料来说,其在三种含有模拟ＨＬＷ废料的铁磷熔体中的熔线腐蚀速度＜０．１ｍｍ／ｄａｙ．可以认为商品制造的致密氧化铝和氧化铬耐火材料是可以用来熔化很多铁磷ＨＬＷ废料的,甚至可以熔化含有１６ｗｔ％氧化钠的ＨＬＷ废料．     

微注塑成型充模流动中的表面张力EI北大核心

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

微注塑成型充模流动中的表面张力

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

悬浮区熔法中线圈中心厚度对电磁场的影响

为提高悬浮区熔(FZ)法的成晶率，使用模拟计算软件深入研究FZ硅单晶的生长过程。本文通过Comsol Multiphysics软件模拟FZ炉内的电磁场，分析不同线圈中心厚度对于电磁场的影响。随着线圈中心厚度增加，熔化的多晶硅表面电磁能量减小，而熔体自由表面电磁能量增加。如果线圈中心厚度过小，较小熔体自由表面电磁能量会导致穿过线圈的多晶硅棒中心区域不熔化；如果线圈中心厚度过大，较小熔化的多晶硅表面电磁能量使熔化的多晶硅减少，引起熔体自由表面形状改变。之后，本文使用中心厚度为1 mm、1.5 mm和2 mm线圈生长6英寸硅单晶，发现线圈中心厚度为1.5 mm时，线圈产生的电磁场更有利于硅单晶生长。     

基于传热凝固模型金属熔体滴落、铺展温度变化分析

运用有限体积法对金属微熔体滴落、铺展成形温度变化进行数值模拟。在考虑熔体滴落过程中和周围环境存在热交换作用的前提下,采用凝固UDF模型,成功模拟了固定坐标点金属Sn60%-Pb40%熔体以及固定节点金属Al熔体滴落和与基板壁面进行碰撞铺展的温度梯度变化。结果表明:金属熔体在滴落过程中,由外表面向内层逐渐凝固,而且各个区域凝固速度不同,即熔体外表面向中心温度下降梯度逐渐减小。     

聚合物熔体复杂流动时形变的研究

为了研究聚合物流体在圆形通道中的流动，设定不同的速度、温度以及圆柱体在流道中的不同位置，分别进行实验，并对其数值模拟。实验和数值模拟的结果表明，我们可以得到熔体流动形变的轨迹，并用Ｃａｒｒｅａｕ－Ｙａｓｕｄａ和Ｍａｘｗｅｌｌ以及ＰＴＴ模型描述和比较聚合物熔体在流动中的形变。     

硅砂原料对无碱铝硼硅玻璃熔化特性的影响

研究了硅砂原料对无碱铝硼硅酸盐玻璃(即TFT-LCD基板玻璃)熔化特性的影响。结果表明:玻璃熔制过程中"富硅氧层"的出现与石英砂颗粒粒径有关,当粒径小于75微米时,玻璃熔化质量良好;石英砂颗粒形态对于熔解特性也很重要,最佳的颗粒形态为圆形,并且粒径分布范围要相对集中,处于较窄区域。     

分子动力学模拟在冶金熔渣中的应用进展

冶金熔渣是由多种氧化物组成的熔体,常见的有硅酸盐熔渣和铝酸盐熔渣.冶金熔渣具有绝热保温、防止二次氧化、吸收钢液中夹杂物、去除钢液中有害元素等重要作用,制备性能优良的熔渣是实现冶金流程节能减排和绿色发展的重要保证,为此有必要系统地研究冶金熔渣的熔体结构和性质.目前,采用模拟实验直接研究高温熔渣熔体结构和性质的限制因素较多,分子动力学模拟可以弥补实验研究方面的不足.由于冶金熔渣种类繁多、复杂多变,如何在冶金熔渣的微观结构与宏观性质之间建立广泛的关联是当今国内外学者的研究重点.分子动力学模拟可以获得熔渣中不同粒子对的键长、键角、配位数等完整的熔体结构数据.基于此,研究者利用熔体结构的聚合度建立了多组元熔渣黏度与熔体结构单元的定量关系.此外,熔渣的电导率与熔体结构中离子的扩散能力有关,可以通过Nernst-Einstein关系式建立电导率和熔体结构之间的关系.本文综述了分子动力学模拟在冶金熔渣中应用的相关研究.首先,对分子动力学模拟在冶金熔渣中的模拟过程进行了介绍.然后,分别详述了分子动力学模拟技术在硅酸盐熔渣和铝酸盐熔渣中的应用现状.最后,总结了现有的问题,并对分子动力学模拟在冶金熔渣中的应用进行了展望.     

高硼铸钢的研究进展

高硼铸钢是以B为主要合金元素的新型耐磨材料。围绕高硼铸钢组织中的Fe_2B,简单介绍了合金元素对高硼铸钢组织及力学性能的影响。然而,除耐磨以外,高硼铸钢在耐高温熔体(Zn、Al)腐蚀方面也展现出优异的性能。结合笔者已有的研究成果,重点介绍了新型高硼铸钢的耐铝液腐蚀及耐铝液腐蚀-磨损性能,硼化物对改善高硼铸钢的耐铝液腐蚀及耐铝液腐蚀-磨损性能起到了非常重要的作用。富Cr和富Mo的Fe_2B在铝液腐蚀过程中表现出不同的行为:富Cr的Fe_2B与铝液反应生成周期性层片结构,而富Mo的Fe_2B则是发生断裂、剥落;在铝液腐蚀-磨损过程中,初生富Cr的Fe_2B发生Fe元素的优先溶解,之后在磨损的作用下开裂、剥落,但相关机理还需深入研究。最后,对高硼铸钢的研究进行了展望。     

真空感应熔炼TiAl基合金中熔体流场的研究

利用计算机模拟研究真空感应熔炼TiAl基合金过程中输入频率和功率对熔体流场的影响。以Ti45Al8Nb0.8B为实验原料进行模拟,结果表明,输入频率和功率仅影响流速的大小,而不改变熔体内流场分布。当输入频率一定,伴随着输入功率的增加,熔体流速明显增加;当输入功率一定,频率越高流速越小。为了验证模拟结果的可信度,实验测量了不同功率和频率下对应的熔体驼峰高度。经比较,发现模拟和实际测量驼峰高度相当,并且随着输入频率和功率的变化表现出相同的规律性,模拟结果可信。     

过滤及过滤方式对A356合金组织及性能的影响

本文采用氧化铝质多孔陶瓷过滤板对A35眙金熔体进行了过滤试验,并对几种不同过滤方式对该合金熔体中夹杂物的去除情况进行了比较和分析。     

金属熔体电磁成形过程研究

以制备无污染的航空发动机叶片为背景 ,分析了金属熔体电磁成形定向凝固技术的原理 ,并以铝合金及 1Cr1 8Ni9Ti为研究材料 ,探讨了交流电磁场作用下金属熔体的感应加热熔化及约束成形过程 ,结果表明 :感应器结构决定其内部的磁场及电磁压力分布 ,感应器输入功率、熔体高度、上下液固界面位置、抽拉速度及冷却条件等参数综合影响金属加热熔化特性、熔体形状及其稳定性 ;通过控制合理的工艺参数 ,获得了截面为圆形及近似弯月面形、表面质量和内部定向组织良好的样件 .     

氧化还原比对钠铁磷熔体电阻率的影响

用电导率电池测量了钠铁磷熔体的电阻率 ,并分析了相应玻璃的穆斯堡尔谱 ,计算了铁离子的价态和氧化还原比 ,分析了温度、时间和氧化钠含量对熔体电阻率和玻璃氧化还原比的影响。发现在Na2 O含量低的熔体中 ,升温和降温过程的电阻率的变化是不可逆的 ,随着Na2 O含量增加 ,不可逆性消失 ,熔体的电阻率随时间轻微下降。同时发现Na2 O含量低的铁磷熔体的导电机理是电子性的 ,并用氧化还原比解释了其电阻率 -温度曲线的不可逆性     

微注塑成型流动中熔体壁面滑移的研究

基于宏观熔体流动的基本理论及其流动过程中壁面滑移机理的分析,针对微注塑成型模具中熔体充模流动时的壁面滑移行为,建立了微小通道中高聚物熔体流动的壁面滑移理论模型。并用数值模拟方法,对不同滑移系数时微小通道中熔体的壁面滑移对流动速度、熔体压力等的影响进行了研究。结果表明,微小通道中的壁面滑移可使壁面处熔体的流动速度增加,压力损失减小,有利于熔体的充模流动。     

熔体内重力对流速度场的实验研究及其理论分析

应用最近开发的高温光学实时观察法研究了铌酸钾熔体的重力对流现象．通过加热直径为2．5mm的圆环形坩埚,形成厚度为0．2mm的圆形KNbO₃熔液．实验测量了熔体内温度和流体速度的分布,并从理论上对速度场的分布给出了定量分析．     

高频感应熔化金属丝气雾化制备球形钛粉

提出了新型低成本球形钛粉气雾化制备技术——高频感应熔化金属丝气体雾化技术(Wire induction heating-gas atomization,WIGA),研究了雾化气体压力、熔体温度、送料速度对粉末性能的影响。结果表明:所制钛粉末的形貌为球形,球形度较高,粉末表面存在少量"卫星球"颗粒,占比约为1%;提高雾化压力、熔体温度和降低送丝速度均使粉末平均粒径D50减小。实验所得最佳雾化参数为:雾化气体压力4.0 MPa,熔体温度2 000℃,送料速度0.8m/min,在此条件下得到的钛粉末平均粒径为41.8μm。     

Ti153合金ISM熔炼过程中氮元素的溶解与控制

建立了氮元素溶解到Ｔｉ１５３合金熔体中的热力学模型,并以此计算了氮在Ｔｉ１５３合金熔体中的溶解度,分析了ＩＳＭ熔炼过程中影响氮元素在Ｔｉ１５３合金熔体中溶解的几个因素。结果表明,熔体温度对Ｔｉ１５３合金熔体中氮的溶解度影响较大,而熔化室内氮气分压是决定Ｔｉ１５３合金熔体中氮溶解度的主要因素,需要合理控制,并提出了利用多次抽真空反充氩气以降低熔化室内氮气分压的方法,来进一步降低Ｔｉ１５３合金窝熔体中     

过热合金熔体的几种物性滞后效应

过热处理的合金熔体会使熔体结构状态发生不可逆变化，。这种不可逆变化与合金熔体中的结构不均匀性有关，即熔体过热处理引起非均匀形核中心数量的不可逆变化，导致熔体粘滞性η和熔质扩散系数DL出现滞后效应。     

材料在铝液中熔蚀-磨损行为的研究进展

在冶金、化工、航空航天及汽车等领域,高温腐蚀性环境中承受动载的关键零部件往往因为腐蚀-磨损的作用而失效,从而造成巨大的经济损失。当前,对于腐蚀-磨损的研究多集中于材料在腐蚀性气体、溶液或颗粒冲刷条件下的加速流失,而对材料在高温金属熔体中的熔蚀-磨损失效行为研究鲜有报道,对材料在高温金属熔体中腐蚀失效及摩擦磨损失效的交互作用尚不明确。铝及其合金产量居有色金属材料之首,被广泛应用于建筑、交通、能源、航空航天、电子等领域。然而铝熔体是腐蚀性最强的金属液之一,铝工业如冶金、成形及热浸镀等生产过程中的一些关键零部件往往因熔蚀-磨损而失效破坏。目前大量使用的仍是高合金的耐磨类材料如模具钢,材料价格昂贵、使用寿命很短,只能依靠频繁更换部件来维持生产。因此迫切需要开发耐铝液熔蚀-磨损新材料,满足铝工业生产应用的需求。然而,由于高温金属熔体这一腐蚀介质的特殊性,对材料高温熔蚀-磨损行为的研究鲜有报道。这一方面是由于缺乏专用的设备对材料的熔蚀-磨损行为进行测试表征,另一方面则是由于腐蚀界面存在复杂的冶金物理化学反应,而关于熔蚀和磨损行为的交互作用机理尚不明确。目前对于材料在铝液中熔蚀-磨损行为的研究较少,部分研究主要集中于铝合金液态成形过程中模具的冲蚀-磨损行为及材料替代,材料在铝液中的熔蚀-磨损机理研究则尚处于空白。近两年,在开发新型高温金属熔体腐蚀-磨损试验系统的基础上,学者实现了对材料在高温金属铝液中熔蚀-磨损行为的研究,并进行了大量的材料筛选。研究表明,常用的金属材料在铝液中的熔蚀-磨损行为主要受界面金属间化合物的生成速度、性质及其与基体界面的结合情况的影响。材料因熔蚀-磨损导致的流失远大于纯腐蚀与纯磨损导致的材料流失之和,说明材料在铝液中的熔蚀-磨损失效并不是腐蚀和磨损行为的简单叠加,其主要失效机理在于熔蚀和磨损的交互作用。对常用的H13钢材料而言,其在典型工况下的熔蚀-磨损交互作用率达90%以上。在材料开发方面,目前大多依靠单一的腐蚀试验以及高温摩擦磨损试验来收集数据,对耐铝液熔蚀-磨损材料的研究也主要集中在铁基合金组织调控、难熔金属应用以及表面处理技术这三个方面。近年来发展起来的金属间化合物基复合材料也为耐铝液熔蚀-磨损新材料的开发开辟了新的思路。本文简要介绍了材料在铝液中的熔蚀-磨损失效行为,指出熔蚀与磨损的交互作用是导致材料或零件失效的关键原因,在此基础上提出了对耐铝液熔蚀-磨损材料的性能要求。基于对国内外耐铝液熔蚀-磨损材料研究进展的综述,提出了耐铝液熔蚀-磨损材料未来的发展方向和研究重点。